Água da caldeira - Boiler water
Água de caldeira é a água líquida dentro de uma caldeira , ou em tubulações, bombas e outros equipamentos associados, que se destina à evaporação em vapor . O termo também pode ser aplicado a água bruta destinada ao uso em caldeiras, água de alimentação de caldeira tratada , condensado de vapor sendo devolvido a uma caldeira ou purga de caldeira sendo removida de uma caldeira.
Prática precoce
As impurezas na água deixam depósitos sólidos à medida que o vapor evapora. Esses depósitos sólidos isolam termicamente as superfícies de troca de calor diminuindo inicialmente a taxa de geração de vapor e, potencialmente, fazendo com que os metais da caldeira atinjam temperaturas de falha. Explosões de caldeiras não eram incomuns até que os operadores de caldeiras sobreviventes aprenderam a limpar periodicamente suas caldeiras. Alguns sólidos podem ser removidos pelo resfriamento da caldeira, de modo que a expansão térmica diferencial causou a quebra e a descamação de sólidos cristalinos quebradiços nas superfícies metálicas da caldeira. Outros sólidos foram removidos por lavagem ácida ou lavagem mecânica . Várias taxas de purga da caldeira poderiam reduzir a frequência da limpeza, mas a operação e manutenção eficientes das caldeiras individuais foram determinadas por tentativa e erro até que os químicos conceberam meios de medir e ajustar a qualidade da água para minimizar os requisitos de limpeza.
Tratamento de água da caldeira
O tratamento de água de caldeira é um tipo de tratamento de água industrial voltado para a remoção ou modificação química de substâncias potencialmente danosas à caldeira. Vários tipos de tratamento são usados em locais diferentes para evitar incrustações , corrosão ou formação de espuma . O tratamento externo de fontes de água bruta destinadas ao uso dentro de uma caldeira é focado na remoção de impurezas antes que cheguem à caldeira. O tratamento interno dentro da caldeira é focado em limitar a tendência da água de dissolver a caldeira e manter as impurezas nas formas menos prováveis de causar problemas antes de serem removidas da caldeira na purga da caldeira.
Dentro da caldeira
Nas temperaturas e pressões elevadas dentro de uma caldeira, a água exibe propriedades físicas e químicas diferentes daquelas observadas à temperatura ambiente e pressão atmosférica . Produtos químicos podem ser adicionados para manter os níveis de pH , minimizando a solubilidade em água dos materiais da caldeira, permitindo a ação eficiente de outros produtos químicos adicionados para evitar a formação de espuma, para consumir oxigênio antes de corroer a caldeira, para precipitar sólidos dissolvidos antes que formem incrustações nas superfícies geradoras de vapor, e para remover esses precipitados da vizinhança das superfícies geradoras de vapor.
Necrófagos de oxigênio
Sulfito de sódio ou hidrazina podem ser usados para manter as condições de redução dentro da caldeira. O sulfito é menos desejável em caldeiras que operam a pressões acima de 1.000 libras por polegada quadrada (6.900 kPa); porque os sulfatos formados pela combinação com o oxigênio podem formar incrustações de sulfato ou decompor-se em dióxido de enxofre corrosivo ou sulfeto de hidrogênio em temperaturas elevadas. O excesso de hidrazina pode evaporar com o vapor para fornecer proteção contra corrosão, neutralizando o dióxido de carbono no sistema de condensado de vapor; mas também pode se decompor em amônia, que ataca as ligas de cobre . Produtos baseados em aminas de película , como Helamin, podem ser preferidos para proteção contra corrosão de sistemas de condensado com ligas de cobre.
Coagulação
Caldeiras operando a pressões inferiores a 200 libras por polegada quadrada (1.400 kPa) podem usar água de alimentação não amaciada com a adição de carbonato de sódio ou hidróxido de sódio para manter as condições alcalinas para precipitar carbonato de cálcio , hidróxido de magnésio e silicato de magnésio . A água dura tratada desta forma causa uma concentração bastante elevada de partículas sólidas em suspensão dentro da caldeira para servir como núcleos de precipitação evitando a posterior deposição de incrustações de sulfato de cálcio . Materiais orgânicos naturais como amidos , taninos e ligninas podem ser adicionados para controlar o crescimento de cristais e dispersar precipitados. A lama macia de precipitados e materiais orgânicos se acumula em porções quiescentes da caldeira para ser removida durante a purga de fundo.
Fosfatos
As concentrações de lodo da caldeira criadas pelo tratamento de coagulação podem ser evitadas pelo tratamento com fosfato de sódio quando a dureza da água for inferior a 60 mg / L. Com alcalinidade adequada , a adição de fosfato de sódio produz um precipitado insolúvel de hidroxiapatita com hidróxido de magnésio e silicatos de magnésio e cálcio . A lignina pode ser processada para estabilidade em alta temperatura para controlar incrustações de fosfato de cálcio e depósitos magnéticos de óxido de ferro . As concentrações aceitáveis de fosfato diminuem de 140 mg / L em caldeiras de baixa pressão para menos de 40 mg / L em pressões acima de 1.500 libras por polegada quadrada (10.000 kPa). A alcalinidade recomendada diminui de forma semelhante de 700 mg / L para 200 mg / L na mesma faixa de pressão. Problemas de formação de espuma são mais comuns com alta alcalinidade.
O controle coordenado de pH e fosfatos tenta limitar a corrosão cáustica que ocorre a partir de concentrações de íons hidroxila sob escala porosa em superfícies geradoras de vapor dentro da caldeira. Caldeiras de alta pressão que usam água desmineralizada são mais vulneráveis à corrosão cáustica. A hidrólise do fosfato trissódico é um tampão de pH em equilíbrio com o fosfato dissódico e o hidróxido de sódio.
Quelantes
Quelantes como ácido etilenodiaminotetracético (EDTA) ou ácido nitrilotriacético (NTA) formam íons complexos com cálcio e magnésio . A solubilidade desses íons complexos pode reduzir os requisitos de purga se polímeros de carboxilato aniônicos forem adicionados para controlar a formação de incrustações. A decomposição potencial em altas temperaturas limita o uso de quelante em caldeiras que operam a pressões inferiores a 1.500 libras por polegada quadrada (10.000 kPa). Os produtos da decomposição podem causar corrosão do metal em áreas de estresse e alta temperatura.
Água de alimentação
Muitas caldeiras grandes, incluindo as usadas em estações de energia térmica, reciclam o vapor condensado para reutilização na caldeira. O condensado de vapor é água destilada , mas pode conter gases dissolvidos. Um desaerador é freqüentemente usado para converter condensado em água de alimentação, removendo gases potencialmente prejudiciais, incluindo oxigênio, dióxido de carbono , amônia e sulfeto de hidrogênio . A inclusão de um polidor (um vaso de troca iônica ) ajuda a manter a pureza da água e, em particular, protege a caldeira de um vazamento no tubo do condensador.
Água para maquiagem
Todas as caldeiras perdem um pouco de água em vazamentos de vapor; e parte é desperdiçada intencionalmente como purga da caldeira para remover impurezas que se acumulam dentro da caldeira. Locomotivas a vapor e caldeiras que geram vapor para uso em contato direto com materiais contaminantes podem não reciclar o vapor condensado. A água de reposição é necessária para continuar a produção de vapor. A água de reposição é inicialmente tratada para remover materiais flutuantes e suspensos. A água dura destinada a caldeiras de baixa pressão pode ser amolecida substituindo-se o sódio por cátions divalentes de cálcio e magnésio dissolvidos, com maior probabilidade de causar incrustações de carbonato e sulfato . Caldeiras de alta pressão normalmente requerem água desmineralizada por osmose reversa , destilação ou troca iônica .
Veja também
Origens
- Babbitt, Harold E. & Doland, James J. (1949). Engenharia de Abastecimento de Água . McGraw-Hill.
- Betz Laboratories (1976). Handbook of Industrial Water Conditioning (7th Edition) . Betz Laboratories.
- Kemmer, Frank N. (1979). The NALCO Water Handbook . McGraw-Hill.
- Linsley, Ray K. & Franzini, Joseph B. (1972). Engenharia de Recursos Hídricos . McGraw-Hill. ISBN 0-07-037959-9.
- Perry, Robert H., Chilton, Cecil H. e Kirkpatrick, Sidney D. (1963). Chemical Engineers 'Handbook (4ª Edição) . McGraw-Hill.CS1 maint: usa o parâmetro de autores ( link )
- Woodruff, Everett B., Lammers, Herbert B. e Lammers, Thomas F. (1984). Operação Steam-Plant (5ª Edição) . McGraw-Hill. ISBN 0-07-071732-X.CS1 maint: usa o parâmetro de autores ( link )